JP2003506824A

JP2003506824A - 光源および電界放出陰極

Info

Publication number: JP2003506824A
Application number: JP2001514447A
Authority: JP
Inventors: キェルマン、ヤン; リンドマルク、マグヌス
Original assignee: ナノ − ライトインターナショナルリミテッド
Priority date: 1999-07-30
Filing date: 2000-07-28
Publication date: 2003-02-18
Also published as: US6873095B1; WO2001009914A1; SE9903662L; SE9903662D0; SE515377E9; AU6744000A; SE515377C2; SE515377E; EP1206790A1

Abstract

(57)【要約】光源が、ルミネセンス層を形成する蛍光体層（２４）で内側を少なくとも一部被覆された外側ガラス層（２３）と、陽極を形成する伝導層（２５）とを含む壁を有する真空容器を備える。蛍光体（２４）は、容器の内部に位置された電界放出陰極（４０）からの電子衝撃によって励起されてルミネセンスを起こす。電界放出陰極（４０）は、ｍｍ範囲の直径を有するキャリアを備える。キャリアの表面の少なくとも一部分に、約１０μｍ未満の半径方向延在部を有する頂部の形で表面不整を有する伝導層が設けられている。幾何形状および頂部により、電界は、電界放出表面で高密度になり、増幅される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】（発明の分野）本発明は、請求項１の前文に記載の光源に関し、特に照明用の光源に関する。
さらに、本発明は、請求項２１の前文に記載の電界放出陰極に関する。

【０００２】（発明の背景）１つの一般的なタイプの光源は蛍光管である。これは多くの利点を有するが、
重要な欠点がいくつかある。例えば、電源が入れられた後、動作を始めて十分な
光を与えるまでに常に遅延がある。スペースが必要な複雑な制御機器を必要とす
る。この種の光源を用いて光を得るためには、残念ながら、環境に悪影響を及ぼ
す材料を使用する必要がある。例えば、このタイプの光源で水銀を使用しなけれ
ばならないことは大きな欠点である。

【０００３】カソード・ルミネセンス光源が、別の興味深いタイプの光源である。電子放出
用のグリッドおよび加熱陰極を収容する真空外被を含むそのような光源が、ＧＢ
−Ａ−２０７０８４９号（ＴｈｅＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍ
ｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ）、ＧＢ−Ａ−２０９７１８１号（ＴｈｅＧｅｎｅ
ｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙＰＬＣ）、ＧＢ−Ａ−２１２６０
０６号（ＴｈｅＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏｍｐａｎｙｐｌｃ
）、およびＧＢ−Ａ−２０８９５６１号（ＴｈｅＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔ
ｒｉｃＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ）から知られている。外被の内側は、
電子応答タイプの蛍光体層でカバーされている。これらのカソード・ルミネセン
ス・ランプは、本質的に電球の形をしている。

【０００４】これらの光源は全て加熱陰極を有するので、光の放出を開始する前に陰極を特
別な手段によって加熱しなければならない。

【０００５】電子が蛍光体を励起してルミネセンスを起こすことを用いることにより、相当
する蛍光管よりも多くの熱が生成される。したがって、光の放出のため、および
必要な熱放散のための活性表面が大きい場合、有利である。言及した文献に示さ
れているカソードルミネセンス・ランプは最適な表面を有さない。

【０００６】蛍光管およびカソードルミネセンス光源に伴う欠点および問題を克服するため
に、電界放出陰極を有する光源が開発された。

【０００７】この種の光源は、ＵＳ−Ａ−５５８８８９３号（ＫｅｎｔｕｃｋｙＲｅｓｅ
ａｒｃｈａｎｄＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ）
に開示されている。電界放出陰極は、内面にルミネセンス層が配置された真空ガ
ラス容器内部に配置されている。変調器または抽出電極が、陰極とルミネセンス
層の間に提供される。陰極は、束ねて、好ましくはマトリックス状に基板に配置
されたカーボン・ファイバを含む。ＵＳ−Ａ−５５８８８９３号の内容を参照に
より本明細書に組み込む。

【０００８】しかし、今述べた知られている光源では、電子が基板に垂直な方向にしか放出
されない。また、この文献には、コスト効率良く光源を製造する方法は示されて
いない。

【０００９】上述のＵＳ−Ａ−５５８８８９３号（ＫｅｎｔｕｃｋｙＲｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄＩｎｖｅｓｔｍｅｎｔＣｏｍｐａｎｙＬｉｍｉｔｅｄ）も、上述し
たような電界放出陰極を開示している。開示された陰極は、束ねて、好ましくは
マトリックス状に基板に配置されたカーボン・ファイバを含む。この文献はまた
、放出面を処理して、前述の陰極よりも効率の良い陰極を達成することを含む方
法を開示している。

【００１０】さらに、ＷＯ−Ａ１−９８／５７３４４号（ＬｉｇｈｔＬａｂＡＢ）および
ＷＯ−Ａ１−９８／５７３４５号（ＬｉｇｈｔＬａｂＡＢ）が、円筒形幾何形
状を有し、電界放出を採用する光源を開示する。この光源は、電界放出に必要な
電界を得るために、陰極の電界放出表面に近接して配置されたグリッドまたは変
調器電極を含む。これらの光源では、陰極とグリッドの間に比較的高い電界を発
生しなければならず、電界放出面とグリッドの間の距離を小さく、かつ均一にし
て、電界放出に十分な電界、および陰極から放出される電子の良好な分散を達成
しなければならない。

【００１１】さらなる文献ＷＯ−Ａ１−９７／０７５３１号（Ｓｉｌｚａｒｓ他）が、電界
放出陰極を含む照明装置を開示する。陰極は１つまたは複数のファイバから構成
される。ファイバは非常に細く、１００ミクロン未満、好ましくは１０ミクロン
未満の直径を有する。妥当な電圧で電界放出を達成するように直径が選択される
。１つのファイバを有するこの文献による構成は、ファイバが破損した場合に動
作不能になる。このファイバは非常に細いので、破損する可能性が高くなってい
る。

【００１２】しかし、この可能性は、冗長性のために複数のファイバを並列に配置すること
によっておそらくいくぶん低くなる。さらに、ファイバの直径が小さいので、電
子放出面が非常に小さい。

【００１３】すでに知られている電界放出陰極は、特に電界放出本体の取付および接続を考
えると、複雑で、壊れやすい構造であることが多い。

【００１４】標準のカーボン・ファイバおよびグリッドを含む陰極に関連して、陰極と、グ
リッドまたは陽極との間で作用する電界が、安全に固定されていない場合に個々
のファイバをキャリアから緩める場合があることが判明している。一度緩まると
、多くの場合、ファイバはグリッドによって引張られ、陰極とグリッドの間に短
絡回路を生じ、最終的には、結果として生じるファイバを介する電流によって、
ある時間の後に焼け落ちる。

【００１５】（発明の概要）本発明の目的は、光源および電界放出陰極を提供することであり、それぞれ電
界放出面で高密度の電界を提供し、それにより上述した欠点の少なくともいくつ
かはなくなるか、または低減される。

【００１６】これらの目的およびその他の目的は、頭記の独立請求項に記載された特徴によ
って達成される。

【００１７】請求項１、請求項１２、および請求項３４、請求項４７の特徴により、寿命が
長く、効率および安定性が良く、低コストで製造することができる光源、電界放
出陰極、ならびに代替光源および電界放出陰極がそれぞれ達成される。

【００１８】請求項１、請求項１２、および請求項３４、請求項４７の特徴により、陰極か
らの電子の良好な分散および高い放出を伴う、電界放出に十分な電界を有する光
源、電界放出陰極、ならびに代替光源および電界放出陰極がそれぞれ達成される
。

【００１９】請求項１、請求項１２、および請求項３４、請求項４７の特徴により、グリッ
ドまたは抽出電極を使用せずに電界放出を得ることができる光源、電界放出陰極
、ならびに代替光源および電界放出陰極がそれぞれ達成される。

【００２０】請求項１の特徴により、さらに、スタートアップ期間のない光源が達成される
。すなわち、電界放出陰極の使用により、電源が入れられたときに光が即座に出
る。また、環境に悪影響を及ぼす材料を必要としない光源が達成される。

【００２１】請求項１および請求項３４の特徴により、さらに、簡単で堅固な構成の電界放
出陰極を有する光源が得られる。

【００２２】請求項５の特徴により、さらに、大きな光放出活性面を有する光源が達成され
る。表面のこの効率的な使用により、発生する熱に関して高い光放出を有する光
源を達成することができる。

【００２３】請求項２１および請求項４７の特徴により、さらに、簡単かつ堅固な構成の電
界放出陰極が得られる。

【００２４】請求項２１〜請求項３３および請求項４７〜請求項５４の特徴により、特に陰
極を取り囲む円筒形表面範囲を介する放出電子の高い放出および均一な分散をさ
らにもたらす電界放出陰極が得られる。電界放出表面間の干渉が低い陰極も達成
できる。

【００２５】さらなる特徴および利点は、従属請求項および以下の詳細な説明から明らかに
なろう。

【００２６】（好ましい実施形態の説明）図１を参照すると、参照番号１０によって一般に識別され、特に照明の目的で
意図された本発明による光源の一実施形態が長手方向概略断面図で示されている
。光源１０は、壁を有する容器を含み、壁の１つが参照番号２０によって識別さ
れる。この壁２０は、外側ガラス層を有し、円筒形状で示されている。円筒体２
０は、エンド・キャップ６０によってカバーされた端部２１を有する。エンド・
キャップと円筒体２０の間にシーリング（図示せず）が提供されて、容器の気密
封止が達成される。円筒体２０の他端２２にエンド・キャップ６１が提供され、
これは端部２１に配置されるものと同様であり、やはりシーリングが設けられて
いる。別法として、端部２２に、円筒体壁２０の延長部として、やはりガラスの
外層を有する円形壁を配置することができる。容器は、容器が排気されるときに
生じる真空（約１０^-6ｔｏｒｒ）を維持するために封止される。

【００２７】容器内部に、好ましくは容器と同軸に、陰極４０が配置される。この陰極は冷
陰極であり、特に電界放出陰極である。その構成および特徴を以下さらに説明す
る。

【００２８】光源は、電気接続５１、５２と、陰極４０を固定する手段（図示せず）とを備
える。陰極４０は、キャップ６０、６１にはんだ付けすることができ、あるいは
接着剤、好ましくは導電性接着剤によってキャップ６０、６１に接着することが
できる。また、クランプ手段によってキャップ６０、６１にクランプする、ある
いはグリップ手段によってグリップすることもできる。また、円筒体壁２０の延
長部である円形壁に、支持、固定、またはグリップ手段を設けることもできる。

【００２９】陰極４０を取り囲む容器壁の円筒形部２０は、外側ガラス層２３と、蛍光体層
２４（カソードルミネセンス蛍光体）と、陽極を形成する内側伝導層２５とから
なる。蛍光体層はルミネセンス層であり、電子衝撃を受けると可視光を放出する
。陽極は、好ましくは反射導電性材料、例えばアルミニウムからなる。アルミニ
ウム層を配置して蛍光体層をカバーすることによって、起こり得る蛍光体の蒸発
によって真空に及ぼされる悪影響が回避される。

【００３０】電気接続手段５１、５２は、それぞれ陰極４０および陽極２５を給電・制御回
路（図示せず）に接続する。これら接続手段は、好ましくは、キャップ６０を介
して延び、かつ互いに絶縁されている伝導性ターミナル・ピンを含む。電気接続
手段５２はさらに、容器内部に提供された陽極層２５と接触する伝導性フィンガ
またはその類似機構を含むことができる。エンド・キャップ６０にある電気接続
手段５１、５２用の開口は気密封止される。容器壁２０の他端２２には、エンド
・キャップ６０と同様のエンド・キャップ６１を配置して、陰極４０を支持する
ことができる。ただし、他端２２にあるこのエンド・キャップ６１は、電気接続
手段を有さずに形成することができる。

【００３１】陰極４０は、導電性材料の比較的細いワイヤまたはロッド、例えばニッケル・
ワイヤを含む。ワイヤまたはロッドは、好ましくは円形断面を有し、その直径は
ミリメートル範囲、約１〜数ｍｍ、例えば０．５〜５ｍｍまたは１．５〜２ｍｍ
である。これは、強く、耐久性のある陰極を提供し、高い電子放出に十分な表面
を示す。ワイヤの面積も、そこを介して電流が伝導するのに十分なものである。

【００３２】図２に、ＩＩ−ＩＩで取った断面で図１の光源を示す。

【００３３】動作中、給電・制御回路（図示せず）によって陰極４０と陽極２５の間にＤＣ
電圧が供給され、給電・制御回路を、ハウジング内に位置させ、例えば通常のラ
ンプ・ソケットを介してＡＣ電源に接続させることができる。給電・制御回路は
、その回路が接続されている伝導性ターミナル接続５１〜５２に電圧を供給する
。好ましくは、接続５２は地電位であり、接続５１は負である。電圧が印加され
ると、陰極４０と陽極２５の間に電界が発生する。

【００３４】本発明による光源の幾何形状により、好ましい電界分布が得られる。電界は、
電界放出を得るために強い電界が必要とされる場所、すなわち陰極周辺で最大で
ある。以下の式が、円形円筒形導体によって同軸状に取り囲まれた中心導体を有
する本発明による構造での電界強度を与える。

【数１】ここで、Ｅ（ｒ）は中心導体の中心軸に関する半径ｒでの電界強度であり、Ｖ₀
は導体（光源にある陰極と陽極）間に印加される電圧であり、Ｒ_oは円筒形導体
（陽極）の内側半径であり、Ｒ_iは内側導体（陰極）の外側半径である。図２の
陰極および陽極を概略的に示す図３に上式の変数を示す。上式から分かるように
、寸法を適切に選択すると、陰極近傍で非常に強い電界を得ることができる。特
に、半径の小さな陰極（小さなｒ）が、陰極近傍で高い電界を与える。電界線は
陰極周囲で高密度であり、仮想抽出電極で陰極が取り囲まれているかのように考
えることができる。

【００３５】陰極からの電界放出を得るために、陰極が、カーボン・ナノチューブの層など
電界放出材料でカバーされる。このとき、電界放出頂部周辺で電界がさらに増幅
され、１０００以上の（電界の）増幅係数を得ることができる。これは、前記仮
想抽出電極の効果の増幅と考えることができる。この増幅係数（約１０００）を
考慮すると、ナノチューブ層から（電界放出によって）電子を効率良く抽出する
のに必要な電界は約１ｋＶ／ｍｍである。

【００３６】ナノチューブについてさらに説明し、論ずるために、論文「カーボンナノチュ
ーブからの電界放出：比較研究（Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｃ
ａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ：ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙ）
」（ＪＭＢｏｎａｒｄ，ＪＰＳａｌｖｅｔａｔ，ＴＳｔｏｃｋｌ
ｉ，ＬＦｏｒｒｏ，ＡＣＨａｔｅｌａｉｎ，第１９３回ＥＣＳシンポ
ジウム会報，１９９８年）および「多層カーボンナノチューブの電解放出特性
（Ｆｉｅｌｄｅｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｍｕｌｔｉｗ
ａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ）」（ＪＭＢｏｎａｒｄ，
ＦＭａｉｅｒ，ＴＳｔｏｃｋｌｉ，ＡＣｈａｔｅｌａｉｎ，Ｗ
ＡｄｅＨｅｅｒ，ＪＰＳａｌｖｅｔａｔ，ＬＦｏｒｒｏ，超顕
微法７３（Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ７３）７−１５，１９９８年）を
参照し、これらの論文を参照により本明細書に組み込む。

【００３７】陰極内に含まれるワイヤまたはロッドの（円筒形）表面に塗布されるカーボン
・ナノチューブによって不整が生じる。ナノチューブは長さが約１０μｍ未満と
非常に短く、陰極のワイヤまたはロッドの直径はｍｍ範囲、約１〜数ｍｍ、例え
ば０．５〜５ｍｍまたは１．５〜２ｍｍで選択されるので上式の変数ｒに影響を
与えない。ナノチューブの頂部は、０．１〜１００ナノメートルの範囲内の曲率
半径を有する。

【００３８】塗布されるカーボン・ナノチューブは様々なタイプのものであってよく、例え
ば単一壁ナノチューブ、または開いた、もしくは閉じた複数壁ナノチューブであ
ってよい。この場合は、被膜の形成時に堆積される触媒堆積複数壁ナノチューブ
が適切であり、簡単なプロセスによって塗布することができる。そのようなナノ
チューブはワイヤ上への堆積に適しており、また、前記プロセスによって適切な
向きにされ、その長手方向軸は、ワイヤの長手方向軸に本質的に垂直である。さ
らに、触媒あるいはＣＶＤプロセスによるナノチューブの塗布により、均一性が
良好になり、かつ製造コストが低くなる。近年の実験室測定で、増幅係数は、触
媒堆積ナノチューブ被膜で約１０００であり、最大１０ｍＡ／ｃｍ²の電流が得
られることが確認されている。

【００３９】電界強度が、陰極４０の電界放出材料（ナノチューブ）の電界放出面（頂部）
からの電子の電界放出をもたらすのに十分であるとき、電子は、陽極２５に向け
て加速し、移動する。電気の運動エネルギーが高く、かつ陽極層が比較的薄い（
０．１ミクロン未満）ため、電子は陽極を通過して、蛍光体を励起してルミネセ
ンスを起こすのに十分な運動エネルギーを依然として有しながら蛍光体層に入り
、それにより可視光が放出される。電子は陽極に戻って排出される。光に加え、
電子衝撃が円筒形壁２０の加熱をもたらす。ガラス層は熱の放散をできるように
する。電圧はｋＶの範囲であり、通常約４〜８ｋＶである。電圧は、使用する蛍
光体のタイプによって大きく異なる。新たなタイプの蛍光体が引き続き開発され
ており、そのため、使用する特定のタイプの蛍光体に電圧を適合させなければな
らない。蛍光体のタイプの変更、およびそれによる電圧の変更が、電流および円
筒形壁の加熱に変化をもたらす。

【００４０】例えば、良好な効率を得るために蛍光体層２４に約８ｋＶの電子衝撃を加える
必要があり、ナノチューブ層が高い光強度に必要な電流を放出するのに十分大き
な表面を有することを保証するために陰極４０が約１ｍｍの直径を有する場合、
上述の式から、陽極２５の内径が５５ｍｍであれば陰極面で４ｋＶ／ｍｍの電界
を得られる。陰極の直径が１．５ｍｍのときは、陽極２５の内径が２８ｍｍであ
る場合に陰極面で３．７ｋＶ／ｍｍが得られる。これらの例では約４ｋＶ／ｍｍ
の電界強度が選択され、必要とされる１ｋＶ／ｍｍよりも確実に大きくなってい
る。

【００４１】陰極直径が１．５ｍｍであり、陽極の内径が２８ｍｍである上述の例では、２
０ｍｍの長さ（陽極および陰極）が、約１ｃｍ²の電子放出面を与える。この表
面から、１０ｍＡの電流に対応する電子を放出することができる。対応する蛍光
体面は約２０ｃｍ²であり、したがって蛍光体面で０．５ｍＡ／ｃｍ²の電流密度
を与える。これは、連続的な操作では非常に高い密度である（８ｋＶの高電圧で
は、これは２０ｍｍ長の円筒形ランプに関して８０Ｗに相当する）。

【００４２】したがって、本発明による光源を用いれば、従来の蛍光管から得られるものに
十分対応する電流すなわち光強度を得るのに何の問題もない。例からわかるよう
に、本発明による光源の外径は、従来の蛍光管の外径によく一致するように作成
することができる。本記述から明らかなように、本発明による光源は、陽極と陰
極の間に電圧が印加されたとき、即座に始動して光を放出する。

【００４３】本発明による光源の幾何形状により、寸法公差は、特にグリッドを有する光源
と比べると、非常に正確なものである必要はない。これは上述の式から明らかで
あり、低い製造コストに寄与する。

【００４４】図４に、本発明による光源の代替実施形態を断面で示す。図２との相違点は、
壁２０’の層の構成である。図４の壁は外側ガラス層２３’を含み、このガラス
層は、内側の少なくとも大部分を、陽極２５’を形成する導電性透明材料によっ
てカバーされている。このとき、陽極２５’が、内側にある蛍光体層２４’を担
持する。陽極は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。陽極２５’と
の直接的な電気的接触を確立するために、上述したように伝導性フィンガを配置
することができ、それにより陽極２５’のある範囲が蛍光体でカバーされない。
別法として、陽極と接触する導電面を蛍光体層上に塗布することができる。これ
らの表面は小さく、光源の動作に干渉せず、それでも伝導性フィンガとの電気的
接触を確立するのに十分なサイズである。

【００４５】図４に例示されるこの実施形態の動作は、本質的に、図２に例示される実施形
態のものと同じである。ただし、電子は、陰極４０から離れた後、まず蛍光体層
に当たり、蛍光体を励起してルミネセンスを起こし、その後、陽極によって排出
される。電子がまず蛍光体層に当たり、蛍光体層に当たる前に陽極層を通過しな
いので、陰極と陽極の間に印加される電圧を、図２に例示される実施形態よりも
約１〜２ｋＶ小さくすることができる。

【００４６】前述の実施形態では、陰極４０を、容器壁２０と同心円状に配置して示した。
しかし、図５に図示するように非同心円状に配置してもよい。ここでは、陰極４
０の中心が、円筒形容器壁２０の中心２６から距離ｄのところに位置されている
。この構成により、電界は容器のいくつかの部分で増大し、他の部分で減少する
。これにより、光の強度を制御することができるようになり、したがって、ある
方向で光強度の増大を達成することができる。ただし、陰極周囲の電界、抽出電
界は、適度な距離ｄでの非同心性によっては実質的に変化しない。円筒形壁２０
の内径が２０ｍｍであり、陰極の外径が２ｍｍである場合、距離ｄを５ｍｍにす
ると、陰極４０に最近接している円筒形壁の部分で電流密度がより高くなり、し
かし陰極周囲の電界は、依然として陰極４０周囲での電界放出に十分なものであ
る。距離ｄが小さい（例えば約０．１ｍｍ）と、この効果はほとんどない。これ
は、均質な光放出を得るために、正確な同心性は必ずしも必要ないことを意味す
る。

【００４７】図６に、陰極４０、すなわち表面不整（ナノチューブ）のキャリア（ワイヤま
たはロッド）が非円形断面を有する本発明のさらなる実施形態を示す。図示した
断面は楕円形であるが、滑らかなカーブを有する、すなわち鋭いコーナを示さな
い任意の形状であってよい。この場合、電界、電流密度、および光強度を、前述
の図５の実施形態と同様の形で制御することができる。

【００４８】先の実施形態では、容器を直線円筒形で示した。しかし他の形状も可能である
。図７に湾曲管状の容器を示す。図示されるように、管を円形または半円形に湾
曲することができる。

【００４９】ナノチューブに伝導性があるので、陰極４０のコアまたはキャリア（ワイヤま
たはロッド）は伝導性を有する必要はない。半導性または絶縁材料から作成する
ことができる。そのような場合、ナノチューブは連続層状に塗布され、この層に
電気接続が提供される。これは、前述の全ての実施形態に有効である。

【００５０】図８に開示される代替構成では、壁２０”が外側ガラス構造を有し、球形で示
されている。球２０”は、エンド・キャップ６０”によってカバーされた端部２
１”を有する。エンド・キャップと球２０”の間にシーリング（図示せず）が提
供されて、容器の気密封止が達成される。ここでも、容器は、容器が排気される
ときに生じる真空（約１０^-6ｔｏｒｒ）を維持するために封止される。

【００５１】容器の内部に、好ましくは容器と中心を合わせて、陰極４０”が配置される。
陰極４０”は、導電性材料、半導性材料、または絶縁材料、例えばニッケルの比
較的小さな球を含む。その半径はミリメートル範囲であり、約１〜１０ｍｍであ
る。これは、強く、耐久性のある陰極を提供し、高い電子放出に十分な表面を示
す。この場合も、陰極は冷陰極であり、特に電界放出陰極である。その構成およ
び特徴を以下さらに説明する。

【００５２】光源は、電気接続５１”、５２”と、陰極４０”を支持する手段７０とを備え
る。前記手段７０は、エンド・キャップ６０”に延びる細い伝導性ロッド７０の
形をしている。ロッド７０は、クランプ手段によってキャップ６０”にクランプ
するか、またはグリップ手段によってグリップすることができる。

【００５３】陰極４０”を取り囲む容器壁の球形部２０”は、外側ガラス構造２３”と、蛍
光体層２４”（カソードルミネセンス蛍光体）と、陽極を形成する内側伝導層２
５”とからなる。蛍光体層はルミネセンス層であり、電子衝撃を受けると可視光
を放出する。陽極は、好ましくは反射導電性材料、例えばアルミニウムからなる
。アルミニウム層を配置して蛍光体層をカバーすることによって、起こり得る蛍
光体の蒸発によって真空に及ぼされる悪影響が回避される。

【００５４】電気接続手段５１”、５２”は、それぞれ陰極４０”および陽極２５”を給電
回路（図示せず）に接続する。これらの接続手段は、好ましくは、キャップ６０
”を介して延びており、かつ互いに絶縁されている伝導性ターミナル・ピンを含
む。電気接続手段５２”はさらに、容器内部に提供された陽極層２５”と接触す
る伝導性フィンガまたはその類似機構を含むことができる。エンド・キャップ６
０”にある電気接続手段５１”、５２”用の開口は気密封止される。

【００５５】一例を詳述するために、外側球が約３０ｍｍの半径を有する場合を考える。こ
れは標準の白熱電球と同様である。内側半径が２．５ｍｍになるように選択され
る場合、内側球の表面での電界強度は、８０００ボルトの印加電圧に関して３５
００Ｖ／ｍｍとなる。内側球の表面（０．８ｃｍ²）上のナノチューブ層から例
えば５ｍＡの電流を導くのは容易であり、これは、外側球（１１０ｃｍ²）の表
面上の蛍光体層では、約４５μＡ／ｃｍ²の電流密度を与える。

【００５６】上の計算は、完全な球対称に関する例として与えたものである。実際には、当
然、中心球が細い伝導性ロッドによって定位置に保持されていること、および外
側球がソケットへの延長部を有すること（図８、図１０、および図１１を比較）
を考慮しなければならない。

【００５７】さらに、図１０の実施形態で開示するように、内側球の表面全体が蛍光体でカ
バーされているわけではない場合を考慮することもできる。

【００５８】さらに、ある方向での光強度を増大させるために、外側球内で、非中心位置へ
内側球を移動することもできる。これは、図１１に開示する実施形態に従う。

【００５９】図面には開示していない代替構成によれば、ガラス球は、内側の少なくとも大
部分を、陽極を形成する導電性透明材料によってカバーすることができる。この
とき、陽極が、内側にある蛍光体層を担持する。陽極は、例えば酸化インジウム
スズまたは酸化インジウムから作成される。陽極との直接的な電気的接触を確立
するために、上述したように伝導性フィンガを配置することができ、それにより
陽極のある範囲が蛍光体でカバーされない。別法として、陽極と接触する導電面
を蛍光体層上に塗布することができる。これらの表面は小さく、光源の動作に干
渉せず、それでも伝導性フィンガとの電気的接触を確立するのに十分なサイズで
ある。

【００６０】容器内部で電界の既存の妨害を低減するために、内側球を保持する導電性ロッ
ドを個別ケーシング内部に収容することが有利な場合もある。このとき、そのよ
うなケーシングは、接地された金属円筒体の形をとる。

【００６１】最後に、電球および中心ビードを球とは異なる形状、例えば楕円体状にして、
様々な方向での光分布に影響を与えることができることにも留意すべきである。

【００６２】本発明を上述の例によって説明してきたが、当然、当業者は、明示して開示し
たもの以外の多くの他の変形形態が特許請求の範囲内で可能であることを理解さ
れよう。

【００６３】上述の実施形態は、電気接続、および光源内の様々な部品の支持に関していく
つかの詳細を含んでいるが、やはり当業者に理解されるように、それも多くの他
の方法で形成することができ、本発明の範囲を限定するものでないことに留意す
べきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光源の一実施形態の長手方向概略断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩで取られた概略断面図である。

【図３】図２の陰極および陽極の概略図である。

【図４】本発明による光源の代替実施形態の概略断面図である。

【図５】本発明による光源の他の代替実施形態の概略断面図である。

【図６】本発明による光源の他の代替実施形態の概略断面図である。

【図７】本発明による光源の取り得る形状の概略図である。

【図８】本発明による光源の別の代替実施形態の長手方向概略断面図である。

【図９】図８に開示された陰極および陽極の概略図である。

【図１０】本発明による光源の別の代替実施形態の長手方向概略断面図である。

【図１１】本発明による光源の他の代替実施形態の長手方向概略断面図である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年１０月１５日（２００１．１０．１５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号９９０３６６２−６ (32)優先日平成11年10月12日(1999．10．12) (33)優先権主張国スウェーデン（ＳＥ） (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＢＺ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】壁を有する真空容器を備える光源であって、壁の少なくとも
一部が、ルミネセンス層を形成する蛍光体層（２４、２４’）で内側を少なくと
も一部被覆された外側ガラス層（２３、２３’）と、陽極を形成する伝導層（２
５、２５’）とを有し、蛍光体層（２４、２４’）が、前記容器の内部に位置付
けられた電界放出陰極（４０、４０’）からの電子衝撃によって励起されてルミ
ネセンスを生じる光源において、前記電界放出陰極（４０、４０’）が、円筒形表面を有し且つ直径が０．５〜
５ｍｍの範囲内の細長いワイヤ形キャリアを有し、前記円筒形表面の少なくとも一部が、約１０μｍ未満の半径方向延在部を有す
る頂部の形式の伝導面不整部分を備えていることを特徴とする光源。
【請求項２】前記細長いキャリアが導体材料からなる請求項１に記載の光
源。
【請求項３】前記細長いキャリアが半導体材料からなる請求項１に記載の
光源。
【請求項４】前記細長いキャリアが絶縁体材料からなる請求項１に記載の
光源。
【請求項５】前記容器が円筒形状を有し、その直径が８〜８０ｍｍの範囲
内にある請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項６】前記細長いキャリアが前記容器内に同軸に配置されている請
求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項７】前記細長いキャリアが前記容器内に偏心的に配置されている
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項８】前記細長いキャリアが本質的に円形の断面を有する請求項１
から請求項７までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項９】前記細長いキャリアが、滑らかなカーブを有する非円形断面
、例えば楕円形断面を有する請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の
光源。
【請求項１０】前記細長いキャリアがワイヤを有する請求項１から請求項
９までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項１１】前記細長いキャリアがロッドを有する請求項１から請求項
９までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項１２】前記頂部が、０．１〜１００ナノメートルの範囲内の曲率
半径を有する請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項１３】前記細長いキャリアが第１の長手方向軸線を有し、前記円筒形表面が、カーボン・ナノチューブで少なくとも部分的にカバーされ
ており、各カーボン・ナノチューブが、第１の長手方向軸線に本質的に垂直な第
２の長手方向軸線を有し、前記ナノチューブの自由端が前記頂部を構成している、請求項１から請求項１
２までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項１４】前記ナノチューブが、堆積されたナノチューブ被膜の形態
でキャリア上に配置されている請求項１３に記載の光源。
【請求項１５】前記頂部が、キャリアの周囲に本質的に均一に分散されて
いる請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項１６】前記ルミネセンス層（２４）が前記ガラス層（２３）と前
記陽極（２５）の間に配置され、前記陽極（２５）が反射性材料からなり、それによって前記ルミネセンス層（
２４）から放出される光を反射する請求項１から請求項１５までのいずれか１項
に記載の光源。
【請求項１７】前記陽極（２５’）が前記ガラス層（２３’）と前記ルミ
ネセンス層（２４’）の間に配置され、前記陽極（２５’）が透明材料からなる請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項１８】前記蛍光体層が伝導性蛍光体によって形成され、前記蛍光
体層が陽極も形成している請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の
光源。
【請求項１９】前記蛍光体層が伝導性蛍光体によって形成され、前記蛍光
体層が陽極も形成している請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の
光源。
【請求項２０】前記容器が、例えば円形または半円形カーブの形で湾曲し
た湾曲チューブの形状を有する請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記
載の光源。
【請求項２１】光源で使用するための電界放出陰極（４０）であって、陽
極によって少なくとも部分的に取り囲まれるようになっており、且つ細長い導電
性手段を有する電界放出陰極において、前記細長い導電性手段が、頂部の形態の伝導面不整部分であって、約１０μｍ
未満の半径方向延在部を有し、円筒形表面および０．５〜５ｍｍの範囲内の直径
を有するワイヤ形キャリアの少なくとも一部に設けられる伝導面不整部分を含む
ことを特徴とする電界放出陰極（４０）。
【請求項２２】細長いワイヤ形キャリアが導体材料からなる請求項２１に
記載の電界放出陰極。
【請求項２３】細長いワイヤ形キャリアが半導体材料からなる請求項２１
に記載の電界放出陰極。
【請求項２４】細長いワイヤ形キャリアが絶縁体材料からなる請求項２１
に記載の電界放出陰極。
【請求項２５】前記陰極が、円筒形状で８〜８０ｍｍの範囲内の直径を有
する陽極によって少なくとも部分的に取り囲まれるようになっている請求項２１
から請求項２３までのいずれか１項に記載の電界放出陰極（４０）。
【請求項２６】前記細長いキャリアが本質的に円形の断面を有する請求項
２１から請求項２５までのいずれか１項に記載の電界放出陰極（４０）。
【請求項２７】前記細長いキャリアが、滑らかなカーブを有する非円形断
面、例えば楕円形断面を有する請求項２１から請求項２５までのいずれか１項に
記載の電界放出陰極（４０）。
【請求項２８】前記細長いキャリアがワイヤを有する請求項２１から請求
項２７までのいずれか１項に記載の電界放出陰極。
【請求項２９】前記細長いキャリアがロッドを有する請求項２１から請求
項２７までのいずれか１項に記載の電界放出陰極。
【請求項３０】前記頂部が、０．１〜１００ナノメートルの範囲内の曲率
半径を有する請求項２１から請求項２９までのいずれか１項に記載の電界放出陰
極。
【請求項３１】前記細長いキャリアが第１の長手方向軸線を有し、前記円筒形表面が、カーボン・ナノチューブで少なくとも部分的にカバーされ
ており、各カーボン・ナノチューブが、第１の長手方向軸線に本質的に垂直な第
２の長手方向軸線を有し、前記ナノチューブの自由端が前記頂部を構成する、請求項２１から請求項３０
までのいずれか１項に記載の電界放出陰極。
【請求項３２】前記ナノチューブが、堆積されたナノチューブ被膜の形態
でキャリア上に配置されている請求項３１に記載の電界放出陰極。
【請求項３３】前記頂部が、キャリアの周囲に本質的に均一に分散されて
いる請求項２１から請求項３２までのいずれか１項に記載の電界放出陰極。
【請求項３４】壁を有する真空容器を備える光源であって、壁の少なくと
も一部が、ルミネセンス層を形成する蛍光体層（２４”）で内側を少なくとも一
部被覆された外側ガラス層（２３”）と、陽極を形成する伝導層（２５”）とを
有し、蛍光体層（２４”）が、容器の内部に位置付けられた電界放出陰極（４０
”）からの電子衝撃によって励起されてルミネセンスを生じる光源において、前記電界放出陰極（４０”）が、少なくとも部分的に球形をしているキャリア
を有し、前記球の表面の少なくとも一部に、約１０μｍ未満の半径方向延在部を有する
頂部の形で伝導面不整部分が設けられていることを特徴とする光源。
【請求項３５】前記キャリアが導体材料からなる請求項３４に記載の光源
。
【請求項３６】前記キャリアが半導体材料からなる請求項３４に記載の光
源。
【請求項３７】前記キャリアが絶縁体材料からなる請求項３４に記載の光
源。
【請求項３８】前記容器が、少なくとも部分的に、１〜１０ｃｍの範囲内
の半径を有する球形をしている請求項３４から請求項３７までのいずれか１項に
記載の光源。
【請求項３９】前記キャリアが容器の中心に配置される請求項３４から請
求項３８までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項４０】前記キャリアが容器内に偏心的に配置される請求項３４か
ら請求項３８までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項４１】前記頂部が、０．１〜１００ナノメートルの範囲内の曲率
半径を有する請求項３４から請求項４０までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項４２】前記キャリアの表面が、カーボン・ナノチューブで少なく
とも部分的にカバーされており、各カーボン・ナノチューブが、キャリアの表面
に本質的に垂直な長手方向軸線を有し、前記ナノチューブの自由端が前記頂部を構成している、請求項３４から請求項
４１までのいずれか１項に記載の光源。
【請求項４３】前記頂部が、前記部分に本質的に均一に分散されて、前記
球の表面に表面不整部分が設けられる、請求項３４から請求項４２までのいずれ
か１項に記載の光源。
【請求項４４】前記ルミネセンス層（２４”）が前記ガラス構造（２３”
）と前記陽極（２５”）の間に配置され、前記陽極（２５”）が反射性材料からなり、前記ルミネセンス層（２４”）か
ら放出される光を反射する、請求項３４から請求項４３までのいずれか１項に記
載の光源。
【請求項４５】前記陽極が前記ガラス構造と前記ルミネセンス層の間に配
置され、前記陽極が透明材料からなる、請求項３４から請求項４４までのいずれか１項
に記載の光源。
【請求項４６】前記蛍光体層が伝導性蛍光体によって形成され、前記蛍光
体層が陽極も形成している請求項３４から請求項４４５のいずれか１項に記載の
光源。
【請求項４７】光源で使用するための電界放出陰極（４０”）であって、
陽極によって少なくとも部分的に取り囲まれるようになっており、且つ追加手段
を有する電界放出陰極において、前記追加手段が、頂部の形態の伝導面不整部分であって、約１０μｍ未満の半
径方向延在部を有し、球面を含むキャリアの少なくとも一部に提供される伝導面
不整部分を含むことを特徴とする電界放出陰極（４０”）。
【請求項４８】前記キャリアが導体材料からなる請求項４７に記載の光源
。
【請求項４９】前記キャリアが半導体材料からなる請求項４７に記載の光
源。
【請求項５０】前記キャリアが絶縁体材料からなる請求項４７に記載の光
源。
【請求項５１】前記陰極が、少なくとも部分的に１〜１０ｃｍの範囲内の
半径を有する球の形をしている陽極によって少なくとも部分的に取り囲まれるよ
うになっている請求項４７から請求項５０までのいずれか１項に記載の電界放出
陰極（４０”）。
【請求項５２】前記頂部が、０．１〜１００ナノメートルの範囲内の曲率
半径を有する請求項４７から請求項５１までのいずれか１項に記載の電界放出陰
極。
【請求項５３】前記キャリアの表面が、カーボン・ナノチューブで少なく
とも部分的にカバーされており、各カーボン・ナノチューブが、キャリアの表面
に本質的に垂直な長手方向軸線を有し、前記ナノチューブの自由端が前記頂部を構成している、請求項４７から請求項
５２までのいずれか１項に記載の電界放出陰極。
【請求項５４】前記頂部が、前記部分に本質的に均一に分散され、それに
よって前記球の表面に表面不整部分が設けられる請求項４７から請求項５３まで
のいずれか１項に記載の電界放出陰極。